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        “海洋石油981”超高強(qiáng)鋼EQ70焊接工藝

        2015-12-27 07:35:08韓冰廖平華陳實(shí)
        金屬加工(熱加工) 2015年6期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)性能工藝

        韓冰 廖平華 陳實(shí)

        1. 概述

        “海洋石油981”工程是外高橋造船按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建造的第六代3 000m深水半潛式鉆井平臺(tái)?!昂Q笫?81”是中國(guó)深水油氣開(kāi)發(fā)艦隊(duì)的旗艦。該平臺(tái)型長(zhǎng)114m,寬90m,高137.8m,最大作業(yè)水深3 050m,鉆井深度可達(dá)12 000m,配備了國(guó)際最先進(jìn)的第三代動(dòng)力定位系統(tǒng),可以在南海、東南亞及西非等海域進(jìn)行作業(yè)?!昂Q笫?81”的建造,填補(bǔ)了我國(guó)在深水鉆井特大型裝備項(xiàng)目上的空白,對(duì)于我國(guó)加速進(jìn)軍世界頂級(jí)海洋工程裝備開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域,增強(qiáng)深水作業(yè)能力,實(shí)現(xiàn)國(guó)家能源戰(zhàn)略規(guī)劃等都具有重要的戰(zhàn)略意義。

        2. 超高強(qiáng)鋼的實(shí)際應(yīng)用

        “海洋石油981”的穩(wěn)性和強(qiáng)度按照南海惡劣的海況設(shè)計(jì),能抵御200年一遇的臺(tái)風(fēng),可以在45n mile(海里)/h的風(fēng)速下正常作業(yè),在109n mile/h的風(fēng)速下生存,可變載荷9 000t,設(shè)計(jì)使用壽命30年。為了減輕海洋工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,同時(shí)又增加結(jié)構(gòu)整體的安全性,高強(qiáng)鋼(σs≥355MPa)已滿足不了平臺(tái)上某些特殊區(qū)域的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求,在這些區(qū)域就要采用超高強(qiáng)鋼(σs≥420MPa)。例如:平臺(tái)的立柱與上船體連接的區(qū)域采用了超高強(qiáng)鋼EQ56和EQ70等。

        超高強(qiáng)鋼實(shí)際應(yīng)用相對(duì)較少,相關(guān)經(jīng)驗(yàn)積累較少,且涉及到的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)較多。超高強(qiáng)鋼焊接評(píng)定涉及標(biāo)準(zhǔn)主要有中國(guó)國(guó)標(biāo)、ABS標(biāo)準(zhǔn)、CCS標(biāo)準(zhǔn)和ASTM D1.1。根據(jù)以上規(guī)范要求,超高強(qiáng)鋼焊接生產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行工藝評(píng)定試驗(yàn),以驗(yàn)證焊材適配性及焊接工藝合適與否。

        表1 EQ70化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

        表2 EQ70力學(xué)性能

        3. 超高強(qiáng)鋼EQ70焊接工藝評(píng)定

        (1)EQ70化學(xué)成分及力學(xué)性能 超高強(qiáng)鋼EQ70母材按照ABS MODU RULE制造,化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1、表2所示。

        (2)焊接工藝確定 焊接方法采用SMAW,選用K形坡口,如附圖所示,焊材選用林肯電器生產(chǎn)的Conarc 80,焊材級(jí)別為AWS A5.5 E11018M—H4,焊材化學(xué)成分如表3所示。

        超高強(qiáng)鋼EQ70進(jìn)行了兩種焊接位置(橫焊和立焊)工藝評(píng)定試驗(yàn),焊接參數(shù)如表4所示。

        根據(jù)AWS D1.1中關(guān)于預(yù)熱的確定方法,在考慮裂紋敏感指數(shù)、擴(kuò)散氫及拘束應(yīng)力的情況下,兩組工藝評(píng)定試驗(yàn)預(yù)熱溫度為80℃。為了進(jìn)一步降低焊縫及熱影響區(qū)中的氫含量,焊后進(jìn)行后熱消氫處理,后熱溫度為210~230℃,后熱時(shí)間為1h,預(yù)熱和后熱均采用電加熱方式。

        K形坡口

        4. 試驗(yàn)結(jié)果

        兩組超高強(qiáng)鋼EQ70的焊接評(píng)定試樣進(jìn)行了射線及磁粉探傷、宏觀試驗(yàn),且結(jié)果符合ABS相關(guān)規(guī)范要求,并針對(duì)焊接接頭力學(xué)性能進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)、夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)和維氏硬度試驗(yàn)。宏觀試驗(yàn)及維氏硬度試驗(yàn)依據(jù)CB/T3380—1991和CB/T3770—1996進(jìn)行,檢測(cè)儀器為EPIPHOT300尼康倒置式金相顯微鏡和VH—5BC維氏硬度計(jì)。經(jīng)宏觀腐蝕試驗(yàn),在焊縫、熔合線、熱影響區(qū)均未發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合、氣孔及夾渣等焊接缺陷。拉伸和夏比沖擊試驗(yàn)依據(jù)GB/T5984—2008、GB/T2653—2008 和GB/T2650—2008進(jìn)行,檢測(cè)儀器設(shè)備為WE—1000液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),JB—300B沖擊試驗(yàn)機(jī)。拉伸試驗(yàn)、夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)和維氏硬度試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表5~表7所示。表中各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均符合相關(guān)的規(guī)范。

        5. 結(jié)語(yǔ)

        在未來(lái)的海洋工程及造船領(lǐng)域,超高強(qiáng)鋼的應(yīng)用勢(shì)必會(huì)越來(lái)越廣泛,制定適當(dāng)?shù)暮附庸に噭t顯得尤為重要。針對(duì)超高強(qiáng)鋼EQ70兩種不同位置制定的焊接工藝已成功應(yīng)用于“海洋石油981”工程,取得了理想效果。

        表3 Conarc 80 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

        表4 SMAW焊接參數(shù)

        表5 焊接接頭拉伸結(jié)果

        表6 沖擊試驗(yàn)結(jié)果

        表7 硬度試驗(yàn)結(jié)果 (HV)

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